Revista Polo del Conocimiento


Polo del Conocimiento

 

 

Materiales compuestos y su aplicacin en partes automotrices: Revisin

 

Composite materials and their application in automotive parts: Review

 

Materiais compsitos e sua aplicao em peas automotivas: Reviso

 

Jonathan Samuel Velez Salazar II
jsvelez1@espe.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-9593-0216
Angel Xavier Arias Perez I
axarias@espe.edu.ec
 https://orcid.org/0000-0003-1070-2850
Abrahan Mesias Jorque Rea III
ajorque@istct.edu.ec
 https://orcid.org/0000-0003-4235-9604
Rodrigo Patricio Toasa Jimenes IV
rodrigopatricio89@gmail.com
 https://orcid.org/0000-0001-8744-0794
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: [email protected]

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Revisin

* Recibido: 23 de julio de 2022 *Aceptado: 12 de agosto de 2022 * Publicado: 1 de septiembre de 2022

 

  1. Magster en Diseo Mecnico, Ingeniero Automotriz, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Sangolqu, Ecuador.
  2. Ingeniero Automotriz, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Sangolqu, Ecuador.
  3. Ingeniero Automotriz, Instituto Superior Universitario Central Tcnico ISCT, Quito, Ecuador.
  4. Magster en Diseo Mecnico Ingeniero Automotriz, Universidad Nacional de Chimborazo UNACH, Riobamba, Ecuador.

Resumen

Se realiz una revisin sobre publicaciones de materiales compuestos empleados en la fabricacin de partes de carroceras automotrices con lo cual se identific las caractersticas de los materiales y los factores que influyen en la diferente composicin y estrategia de nuevos descubrimientos para reducir la dependencia de ciertos materiales como son la fibra de vidrio. La metodologa consisti en la lectura de varios artculos para conocer ms informacin y dar respuestas claras y actualizadas de los materiales compuestos que existen. Como resultado de la revisin se puede concluir que, existe una gran variedad de materiales compuestos que se han usado en investigaciones para la fabricacin de carroceras automotrices pero ningn material ha sido industrializado como la fibra de vidrio debido a los costos de fabricacin que representa obtener materia prima para otros materiales compuestos, adems mediante la investigacin se ha encontrado que a pesar de la complejidad de fabricacin de diferentes materiales compuestos existen fibras mas resistentes y con mejores propiedades que las utilizadas actualmente para la fabricacin de partes de carroceras automotrices.

Palabras Clave: Material compuesto; Industria automotriz; Fibra de bamb; Fibra de guadua; Ceniza volante.

 

Abstract

A review of publications on composite materials used in the manufacture of automotive body parts was carried out, identifying the characteristics of the materials and the factors that influence the different composition and strategy of new discoveries to reduce the dependence on certain materials such as They are fiberglass. The methodology consisted of reading several articles to learn more information and give clear and up-to-date answers on the composite materials that exist. As a result of the review, it can be concluded that there is a wide variety of composite materials that have been used in research for the manufacture of automotive bodies, but no material has been industrialized like fiberglass due to the manufacturing costs that obtaining material represents. raw material for other composite materials, also through research it has been found that despite the complexity of manufacturing different composite materials there are more resistant fibers and with better properties than those currently used for the manufacture of automotive body parts.

Keywords: Composite material; Automotive industry; bamboo fiber; Guadua fiber; fly ash.

 

Resumo

Foi realizada uma reviso de publicaes sobre materiais compsitos utilizados na fabricao de peas de carroceria automotiva, identificando as caractersticas dos materiais e os fatores que influenciam a composio diferenciada e a estratgia de novas descobertas para diminuir a dependncia de determinados materiais como So fibra de vidro . A metodologia consistiu na leitura de diversos artigos para saber mais informaes e dar respostas claras e atualizadas sobre os materiais compsitos existentes. Como resultado da reviso, pode-se concluir que existe uma grande variedade de materiais compsitos que vm sendo utilizados em pesquisas para a fabricao de carrocerias automotivas, mas nenhum material foi industrializado como a fibra de vidro devido aos custos de fabricao que a obteno do material representa. . matria-prima para outros materiais compsitos, tambm atravs de pesquisas verificou-se que apesar da complexidade de fabricao de diferentes materiais compsitos existem fibras mais resistentes e com melhores propriedades do que as atualmente utilizadas para a fabricao de peas de carroceria automotiva.

Palavras-chave: Materiais compostos; Indstria automotiva; fibra de bambu; fibra de guadua; cinzas volantes.

Introduccin

Los materiales compuestos se dividen en muchas opciones segn la ideas y conceptos necesarios, para identificar una clasificacin til y completa se muestra la tabla con algunos ejemplos. La mayora de los materiales que aparecen en la naturaleza obtiene sus magnficas propiedades de una combinacin de dos o ms componentes que pueden distinguirse prontamente cuando se examinan con microscopios pticos o electrnicos. As, por ejemplo, muchos tejidos del cuerpo que tiene una alta resistencia combinada con una enorme flexibilidad, estn hechos de fibra resistentes tales como el colgeno, embebidas en una matriz de rigidez. Las fibras se alinean de tal manera que proporcionen una rigidez mxima en la direccin de mayores cargas y son capaces de deslizar unas sobre otras para que el tejido sea muy flexible. De forma semejante el examen microscpico de la madera y el bamb relevan a una acusada estructura fibrilar que es muy evidente en el bamb cuando se rompe. No se puede sorprendente que el material compuesto de bamb haya sido llamado como fibra de vidrio extrado de la naturaleza, la mayor parte de los materiales de ingeniera son tambin combinaciones de dos o ms fases dispersas en distintas escalas de microscopios para obtener varias propiedades ptimas. [1]

Tabla 1: Materiales compuestos

Es posible observar que al agregar madera a los polmeros tiende y produce una disminucin de la resistencia al impacto. Esta disminucin nos da como efecto que es mayor con el aumento del porcentaje de madera. La disminucin de la resistencia produce un impacto que alcanza valores significativos que en los trminos de porcentajes y al realizar las diferencia para valores medios es de 77% para HDPE y de 80% para PP, cuando el reemplazo es de 10%. Compositos con 20% de madera de pino presentan una nueva disminucin de resistencia al impacto de un 17% para ambos polmeros, respecto de compositos con 10% de contenido de madera.

Maiti y Singh (1986) realizo una examinacin de diferentes compositos de base de madera y polipropileno, obteniendo resultados que la resistencia al impacto Izod disminua con el incremento de relleno de polvo de madera de cedro, en (1999) pudieron detectar una disminucin de resistencia al impacto de un 50%, respecto del polmero puro, en polietileno de alta densidad (HDPE), cuando colocan un 14% de harina de madera.

De acuerdo que es posible postular que la distribucin de harina de madera en la matriz polimrica disminuye el grado de cristalinidad, lo cual puede dificultar la disipacin de energa necesaria para permanecer la resistencia al impacto. [2]

Figura 1: Resistencia de impacto

En plsticos ms tradicionales (PE, PP, ABS, PET, entre otros), son materiales artificiales y no existen otros mecanismos en la naturaleza para que se acelerar su rpida degradacin. Las demandas con respecto a todos plsticos aumentan todo el tiempo. Se busca que estos plsticos sean ms baratos y amistosos con el ambiente para no daar al ecosistema y tener la posibilidad de ser renovables y ms fciles de usar en la produccin para reducir su contaminacin, haciendo uso de una menor cantidad de energa. Los ingenieros buscan los materiales con las mejores propiedades mecnicas y con ms aplicaciones con respecto a los materiales que existen actualmente. Los plsticos tambin puedes ser naturales, se denominan bioplsticos. Estos pueden proporcionar una reduccin en la dependencia de combustibles fsiles y sus impactos en el ambiente. El bioplstico es un material polmero fabricado extraidos de materias primas naturales (como azcar, almidn, celulosa, patatas, cereales, melaza, aceite de soya, maz, etc.); estos necesitan ser procesadas por organismos vivos (hongos, bacterias o algas), por esto casi no producen contaminacin en su produccin, y es biodegradable. En este tipo de materiales tienen una igual resistencia y rigidez del plstico estndar, por lo que se usa los embalajes y empaques (en algunos pases de Europa se utiliza ya con estos materiales para el empaque o embalaje de productos alimenticios), en botellas, espumas, productos higinicos y juguetes. La produccin mundial de bioplsticos el incremento cada ao del 38% en el periodo 2003 - 2007, en Europa fue 48%, y se tiene la expectativa que la produccin mundial alcance un nivel 2.3 millones de toneladas para el ao 2013. Lo importante en la produccin ser de plsticos de almidn, cido polilctico (PLA) producido va acido de azcar fermentada, producido de aceites vegetables Los bioplsticos pueden tener grandes aplicaciones en la produccin de cintas para empacar todos los alimentos. La mayora de cintas de bioplstico cumplen con todos los estndares europeos para la descomposicin de polmeros (EN 13432) y el americano (ASTM D 6400) pero en partes rgidas no (Leaversuch, 2002: Tharanathan, 2003). El equipo existente para plsticos tradicionales puede ser utilizados para la produccin de partes rgidas de bioplsticos. Los bioplsticos son biodegradables como el PLA, PSM (almidn de polmero) y PHB (polihidrobutirato), pero existen bioplsticos no biodegradables como la Quitrina, el PA-11 (poliamida 11) o el polietileno obtenido en el 100% a partir de etanol de caa de azcar. [3]

Tabla 2. Reforzado con fibras naturales

 

Recin se inform en un estudio comparativo sobre las propiedades mecnicas y amortiguadoras de los materiales compuestos termoplsticos (polipropileno), termoestables (epoxi) y compuestos biodegradables de cido polilctico (PLA) reforzados con fibra de lino a un 40 % de fibras en todos estos casos, en comparacin con compuestos epoxi reforzados con fibra de carbono y vidrio. En este estudio, se report una mejor relacin entre rigidez y amortiguacin con PLA semicristalino reforzado con el material de fibra de lino. A temperatura ambiente las propiedades amortiguadoras mucho mejores en los compuestos reforzados con fibra de lino, en comparacin con los reforzados con fibra de vidrio y fibra de carbono 13. Mejora de las propiedades mecnicas y trmicas de estos materiales compuestos polimricos reforzados con fibra natural depende de los siguientes factores

  • Tipo de fibra
  • Tipo de matriz
  • Tipo de rellenos (si se usan)
  • Porcentaje de fibras en los materiales compuestos
  • Relacin de aspecto y orientacin de la fibra
  • Forma de la fibra (cilndrica, esfrica, prismas rectangulares de seccin transversal o plaquetas)
  • Mtodos/tcnicas de fabricacin

Temas como la biodegradabilidad y la reciclabilidad juegan un papel importante en el empleo de productos y materiales. De manera generalizada, las fibras naturales poseen una serie de ventajas econmicas y ecolgicas sobre las fibras sintticas 15. La Tabla 1 muestra la comparacin entre las fibras naturales y las fibras de vidrio. [4]

Tabla 3. Comparacin entre las fibras naturales y las fibras de vidrio.

Propiedades de las fibras naturales Algunas propiedades de las fibras naturales como las mecnicas dependern de factores como el tamao, la madurez y los mtodos de procesamiento empleados para la extraccin de las mismas. Estudios indican que varias propiedades como la densidad, la resistencia a la traccin y otras propiedades dependern de la estructura interna y la composicin qumica de las fibras. El mdulo de la fibra natural baja con el aumento de su dimetro. La demostracin de las propiedades de varias fibras naturales y sintticas. Otro de los factores que afectan directo a las propiedades de las fibras naturales es como esta compuesta qumicamente. Para realizar estos proceso los componentes principales de las fibras naturales son celulosa, hemicelulosa y lignina. Usualmente, las fibras naturales se componen de 30 % a 80 % de celulosa, de 7 % a 40 % de hemicelulosa y de 3 % a 33 % de lignina 36. La celulosa es un componente estructural importante de la pared celular primaria de las paredes de las fibras naturales que rodean a las mismas, lo que hace que las clulas vegetales, hojas, ramas y tallos sean fuertes. La celulosa tiene varias funciones, incluida la conexin de las clulas para formar tejido, proporcionan soporte de tipo estructural, as como de fuerte resistencia al estrs y evitando que la clula estalle en una solucin hipotnica. Las hemicelulosas por otra parte, es la encargada de la absorcin de humedad, degradacin trmica y biodegradacin, la primera ocurre entre los 220 y 315 C, por lo que presenta menor resistencia en comparacin con las celulosas. La lignina es trmicamente estable y su des-composicin ocurre entre los 165 y 900 C 39. La fibra natural tiene microestructuras las que consisten en microfibras de celulosa reforzadas con una matriz amorfa de hemicelulosa y lignina, por otro lado, que las microfibras de celulosa contienen en miles de nanofibrillas conectadas a lo largo de las fibras naturales. Las uniones de hidrgeno y otros enlaces proporcionan la rigidez y resistencia necesarias a las fibras [4]

Tabla 4. Propiedades de algunas fibras naturales y sintticas

[1] 

 

1.  RESULTADOS Y DISCUSIN

[2]  Caracterizacin del material compuesto de resina polister con partculas de caucho reciclado y su aplicabilidad en carroceras.

Los materiales compuestos de matriz polimrica son cada vez ms importantes en la industria automotriz y conducen a la investigacin de nuevas propiedades y facilidad de fabricacin, el objetivo de esta investigacin es obtener materiales compuestos con matriz de resina polister reforzado con grnulos de caucho de llanta reciclado con tres diferentes tamaos de partculas variando sus proporciones msicas de 10%, 20%, 30% y 35%. Tambin se determina que su mdulo de flexin aumenta con el tamao de partcula ms grande. Con las propiedades mecnicas obtenidas a travs de los ensayos se determin que el material compuesto con tamao de grano G3 tiene la capacidad de doblarse debido a que aumenta su mdulo de elasticidad, convirtindolo en un material elstico y ser utilizado en piezas exteriores, como guardabarros y una vez que su vida ha terminado, podemos quemarlos y convertirlos en energa trmica. [5]

[3]  Caracterizacin de las propiedades tensiles de un material compuesto laminado epoxi-carbono empleado en la fabricacin de un monoplaza tipo formula SAE

Se analizan las propiedades de traccin de los compuestos polimricos reforzados con fibra de carbono utilizados en la produccin de monoplazas de carreras de Frmula SAE. Para ello, se elaboraron composites a partir de pretratamientos con diferentes orientaciones de fibras mediante un proceso de curado al vaco. Reemplazar los componentes externos es ms complicado ya que estas partes no estn protegidas de las condiciones climticas, por lo que una alternativa sera obtener materiales compuestos con matriz polimrica. reforzado con partculas de llantas de desecho. Los resultados experimentales se compararon con los resultados analticos obtenidos de la teora clsica del laminado utilizando un software especializado. Tambin se desarroll el anlisis microscpico de la zona de fractura de las probetas para evaluar la eficiencia del proceso de fabricacin [6]

[4]  Uso de fibras vegetales en materiales compuestos de matriz polimrica: una revisin con miras a su aplicacin en el diseo de nuevos productos.

Las fibras vegetales en materiales compuestos hoy en da es una alternativa realmente llamativa para aplicaciones industriales por su bajo costo y peso ligero, por ser una materia prima estas fibras tienen propiedades superiores a otros materiales cuando se utiliza como refuerzo en materiales compuestos. Este tipo de materiales se vienen utilizando en industrias como calzado, de igual manera se utiliza en carrocera para ciertas piezas donde tiene un peso ligero. Este tipo de material es bastante reforzado y puede ser utilizado como el caucho para transporte y construccin. En este trabajo se presenta la clasificacin de las fibras vegetales y sus propiedades ya que son muy utilizadas dentro del campo automotriz para la construccin de ciertas piezas del vehculo, estas fibras estn compuestas de varios componentes para tener propiedades muy altas para la construccin tambin tienen caractersticas mecnicas al igual que la fibra de cabuya y coco, tienen propiedades muy llamativas ya que tienen un costo bajo y son recomendables para ciertos trabajos ya que tiene un peso sumamente ligero y reforzado . [7]

[5]  Materiales compuestos de polmero reforzados con fibra de cabuya y coco aplicado al sector automotriz

Las fibras naturales son un recurso que se encuentran en abundancia, son econmicas y se descomponen fcilmente siendo de ayuda para el medio ambiente. Los compuestos de fibras naturales han llamado mucho la atencin de los investigadores. Las fibras naturales ms utilizadas para automviles son yute, abac, cabuya, coco y kenaf, etc. Actualmente los materiales compuestos representan un papel de gran importancia en el mundo de la fabricacin debido a su peso ligero y resistencia razonable. Para mejorar las caractersticas particulares de una fibra, se hibridan varias fibras y se tratan qumicamente. La fibra de coco, y fibras de agave que se preparan en forma de matriz, se mezclan con resinas apropiadas para lograr una unin adecuada del material, donde los resultados de la experimentacin se comparan con otros tipos de compuestos polimricos reforzados. Ac se presenta mltiples propiedades derivadas de la caracterizacin mecnica, se aprecian estudios de microestructura en las muestras donde se identifica la eleccin de la fibra, el relleno, el aglutinante, el tamao de partcula y la composicin juegan un papel importante para la optimizacin en los materiales. [8]

[6]  Estudio sobre la vida a la fatiga y el comportamiento a la fractura de materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio

El material utilizado en los componentes de los vehculos pueden afectar significativamente el desempeo de la aerodinmica dependiendo su funcionalidad, peso y durabilidad, por lo cual la fibra de vidrio se encuentra en uno de los materiales ms comn mente usado ya sea por su ligereza y excelentes propiedades de elasticidad, sin embargo uno de los problemas que presenta es la fatiga que se interpreta como el deterioro en el que las propiedades del material se ven sometidas a cargas peridicas, provocando daos, defectos y fisuras en el material, debiendo tenerse en cuenta la causa del fallo por formacin o accin sbita de la corrosin. La forma que permite la observacin de los estudios de estrs es la demostracin mediante pruebas bajo sustancias o de la iluminacin para mostrar propiedades mecnicas y de comportamiento que con el tiempo producen una disminucin de la dureza y resistencia durante el periodo de tiempo de su uso el cual se requiere reforzamientos que da como resultados que se produce una mayor resistencia tanto en temperatura como en deformacin que muestran curvas S.N a una orientacin de 90 el cual son significativas para producir una menor degradacin de la rigidez ya que presenta anisotropa y heterogeneidad, Una de las tcnica de transferencia que requiere una capa hermtica para el reforzado del mismo se debe a la traccin de los materiales compuestos con fibras continuas aumentando as su orientacin y grosor dando como resultado laminados para la mejor resistencia del mismo material como lo es la infusin con resina y el endurecedor que facilita el proceso de curado de la fibra de vidrio al igual que el proceso de desmoldado con dicho proceso se realiza el estudio traccin y fatiga de amplitud constante el cual es sometido, en mencionado proceso se usa probetas con especificaciones de longitudes de 350mm, 25 mm de anchura y 3mmm de grosor en el proceso se debe mantener a una velocidad constante de 5min/mm para poder identificar con mejor regularidad sus propiedades mecnicas de cada orientacin as se analiza estas observaciones a travs de fractografia que es un anlisis desde un punto de vista humano para poder conocer el fallo de matriz o esfuerzo que presentan durante la recoleccin de anlisis, en el proceso de investigacin se debe agregar que, para evitar defectos en la muestra, esta debe tener propiedades adecuadas para su posterior orientacin en la aplicacin de fibras de vidrio eliminando as compuestos que puedan causar estos problemas como el alineado de su estructura o capas que no sean beneficiosas por ese motivo existe la prueba llama rop el cual es usado para poder identificar de una mejor manera si existe algn tipo de fuga en la fabricacin de este al igual que si presenta necesidad de algn tipo de infusin de su capa para obtener resultados mas claros con la realizacin de ver de igual manera aire en el sistema que resulte perjudicial a la hora se su aplicacin. [9]

[7]  Diagnstico del sector automotriz del Ecuador. Caso fabricacin de autobuses en la provincia de Tungurahua

El sector automotriz es uno de los de mayor crecimiento en el pas, incorporando tcnicas innovadoras junto con diseos actuales. La innovacin en esta rea se refleja en el uso de fibra de vidrio y mejoras en el proceso de fabricacin. El objetivo del estudio fue conocer el aporte de la fibra de vidrio en la fabricacin de autobuses por parte de carroceros en la provincia de Tungurahua, Ecuador. El estudio es descriptivo, cuantitativo y no experimental, basado en el anlisis estadstico de datos obtenidos a travs de encuestas a fabricantes de estructuras de fibra de vidrio. Adems, para brindar informacin ms completa sobre esta rea, se obtuvieron datos de la Agencia Nacional de Transito (ANT), Cmara nacional de fabricantes de carroceras (CANFAC), los Institutos Nacionales de Estadstica y Fiscalizacin (NTSC) (INEC) y el Servicio de Rentas Internas. (SRI). Se ha demostrado que mejorar el uso de fibra de vidrio hace que la innovacin mejore la competitividad de las empresas en el sector automotriz. Se ha demostrado que el desarrollo de la industria ha convertido el boicot en uno de los principales contribuyentes del presupuesto estatal y el tipo de estructura ms utilizada en la produccin de la estructura de los autobuses. El sector automotriz, se ha caracterizado por las ganancias de muchas compaas, lo que lo convierte en una instalacin comercial, y de esta manera, existen mejores criterios de produccin en el campo de los repuestos de automviles, en esta industria gracias a la innovacin y el cambio de tecnologa, es compatible con fibra de vidrio porque es un material ligero, flexible, duradero y permiten una reforma ms econmica y menos tiempo para permitir la contribucin de las partes de carrocera y los automviles con una produccin en el autobs provincial mejorando as el sector automotriz en estas operaciones y negocios. Se pudo identificar la cantidad de empresas que se dedican al mbito de carroceras en esta provincia dando as como resultado un total de 24 establecimientos que se dedican a la fabricacin con fibras de vidrio para el autobs. [10]

[8]  Utilizacin de materiales tenaces para mejorar la unin adhesiva de capas de laminado de fibra de carbn

[9]  La principal caracterstica de los laminados de tejido de fibra de carbono con matriz epoxi, es la alta rigidez la matriz una vez polimerizada con una baja deformacin. Frecuentemente materiales compuestos con matrices de esta clase, sometidos a esfuerzos de traccin, fallan por fractura de la matriz produciendo la delaminacin y la separacin de las fibras. Las resinas de base poliuretano o base acrlico ms tenaces se emplean para mejorar la capacidad de deformacin, pero se disminuye la rigidez. Los poliuretanos se caracterizan con un comportamiento elstico admitiendo deformaciones del 30%. Las acrlicas llegan a deformaciones del 150 %. En los 2 casos las tensiones de rotura no superan los 10 MPa, pero

[10]  Es importante mencionar que la resistencia a la traccin de estos laminados la aportan las fibras del tejido que estn colocadas en la direccin de los esfuerzos. Para analizar estos comportamientos se preparan, primeramente, probetas de traccin, flexin y Charpy de las resinas epoxi SC8500 (Sicomin Composites), poliuretano SF7720L45 (Sika) y acrlico SF 5115NT (Sika), determinando sus caractersticas mecnicas mediante ensayos en condiciones semejantes. De igual forma se preparan laminados por infusin en bolsa de vaco de tres capas de tejido de fibra de carbono empleando las tres matrices. Se obtiene finalmente una mayor resistencia a la delaminacin al aumentar la tenacidad de la matriz [11]

[11] Construccin de la carrocera del vehculo de competicin Frmula Student a partir de materiales compuestos con fibra natural

Este estudio muestra el desarrollo de la carrocera de un vehculo de frmula estudiantil en el que se unen fibras animales (crin de caballo) y fibras vegetales (crin de caballo) como materiales de refuerzo a una matriz de resina de polister. El comportamiento de los materiales utilizados se analiza en probetas que combinan diferentes capas de refuerzo y se someten a ensayos de traccin, flexin e impacto segn normas ASTM. Al disear la carrocera, se utiliz un software CAD que poda evaluarse en condiciones aerodinmicas reales para determinar la forma ptima. Las piezas fueron moldeadas mediante estratificacin manual y posteriormente pulidas y pintadas. Los resultados obtenidos son afirmativos ya que el material exhibi excelentes propiedades mecnicas bajo diversas cargas y redujo significativamente la masa en un 41,95% en comparacin con el cuerpo de referencia de 2012 hecho de fibra de vidrio y resina de polister. [12]

[12] Anlisis de las propiedades mecnicas del compuesto de matriz polister reforzado con fibra de vidrio 375 y cabuya aplicada a la industria automotriz

La fibra reforzada con polmero es ampliamente utilizada en las industrias automotrices y en industrias aeronuticas debido a sus beneficios como son en los bajos costos, control de ruidos, bajo peso, facilidad en la manipulacin del material y procesamiento. El objetivo de estas investigaciones fue preparar un compuesto a base de fibra de vidrio (FV) con adiciones de fibra natural de cabuya (FC) en estratificaciones de fibra natural se corta la cabuya (FCO1-30%) y fibra larga del mismo (FL-30%). Potenciales aplicaciones estn teniendo los compuestos hbridos globalmente, sobre todo en las industrias automotrices y en las industrias aeronuticas. Dentro del campo automotriz se encuentra las creaciones de carroceras de los autobuses, los cuales se encuentran en constante crecimiento en Amrica Latina. Este material de matriz polimrica es reforzado con fibras sintticas y ha incrementado su aplicacin en varios componentes de forrado exterior e interiores de productos tales como: techos, frentes, respaldos, tableros, consolas, entre otros. [13]

[13] Estudio de la fatiga en lminas de tubera compuesta de matriz epxica con fibra de vidrio para cargas de traccin

El presente estudio muestra el estudio de matrices de termoplsticos o termoestables para fusionar las fibras y poder exhibir alta resistencia y tenacidad para pesos moleculares altos. Sus propiedades mecnicas, como la fluencia bajo cargas de traccin y compresin, varan con la temperatura y pueden mostrar flexibilidad. Cabe recalcar que la fibra de vidrio est diseada para ser adicionada a morteros y hormigones con el fin de disminuir la fisuracin y aumentar su durabilidad y resistencia al impacto, as como aumentar la resistencia a traccin y compresin configurndose como una alternativa eficaz frente a la malla y la fibra metlica, por ello en este artculo se analizara la caracterstica de lminas de tubera de material compuesto de matriz epxica reforzada con fibra de vidrio, los materiales compuestos presentan cualidades dependientes de la fibra y la matriz, poseen una alta resistencia especfica debido a la fraccin de volumen de fibra que aporta resistencia mecnica, un ejemplo de la aplicacin de materiales compuestos en la construccin de tuberas es el tubo enrollable el cual consta de tres capas. Cabe recalcar que para la fatiga de la lmina de tubera compuesta de matriz epoxica con fibra para cargas de traccin se debe mantener en cuenta la estructura de la tubera [14]

[14] Caracterizacin de propiedades mecnicas de las fibras de banano de la corteza y el cuerpo del tallo

Las fibras naturales son utilizadas actualmente por su facilidad de obtencin y aprovechamiento de la naturaleza, adems, su costo es menor que las fibras sintticas, y en muchos casos sus propiedades tienen ventajas tales como: durabilidad, gran resistencia mecnica, flotabilidad y tolerancia a la sal. Daos por agua y la longitud de sus filas. Estas fibras se utilizan para fortalecer polmeros, formando compuestos con aplicaciones ms industriales. En este estudio se realizaron los ensayos de traccin y flexin en un dispositivo de ensayo universal para determinar las propiedades de las fibras de banano, la resina de polister y los compuestos entre ellas, y en el procesamiento qumico, notaremos el porcentaje de fibras extradas de ellas. Someterse a un tratamiento qumico con sosa, con el fin de eliminar las gomas contenidas en las fibras. Despus del procesamiento, el hilo se sec nuevamente en el medio ambiente, y debe tenerse en cuenta que las muestras de prueba son las siguientes: resina de polister reforzada con fibra de banano transparente sin tratar, resina de polister reforzada con fibra de banano tratada qumicamente. Finalmente, la resina de polister sin ningn tipo de endurecimiento, y luego de realizar un anlisis de elementos finitos para determinar y comparar los valores tericos, se utilizan los valores reales obtenidos despus del estiramiento y la flexin [15]

[15] Composites de bagazo de baja densidad para partes y piezas moldeadas para la industria automotriz

Se creo un composite a mediante bagazo de caa de azcar, con caractersticas similares a una muestra entregada por la firma FAIST GmbH& Co. K.G. de Alemania, para ser empleado en la elaboracin de partes y piezas moldeadas para la industria automotriz. Se estudian diferentes grados de molida. A los composites obtenidos se le determinaron las propiedades fsico-mecnicas. Se realiz un anlisis visual de su aspecto fsico.

Se determinaron las propiedades mecnicas de los compuestos obtenidos, la pre hidrogenacin se realiz en reactores cilndricos rotativos de 15 litros de capacidad y calentados elctricamente. Se introdujo 1200 g de este bagazo y luego se agrega agua hasta obtener un mdulo de hidrgeno de 6: 1. Se tap el tanque de digestin y se calent nuevamente a una temperatura de coccin de 170 C; en medio de la subida de temperatura a 120C, se realiza la descompresin. El tiempo de subida fue de 50 minutos y el tiempo de espera de 15 minutos. Al final del proceso de coccin, se liber la presin, se abri el digestor y el lote se vierte en cajas con fondo de malla 60 y se lav con una cantidad fija de agua. [16]

[16] Evaluacin de las propiedades mecnicas de materiales compuestos elaborados a partir de cenizas volantes y polmeros reciclados

Se estudiaron las propiedades mecnicas de cada material para fabricarlo a base de cenizas volantes de carbn de la central trmica Termopila junto con pelculas estirables, polietileno lineal de baja densidad posconsumo y polmeros termoplsticos en parte cristalinos La mezcla se obtiene cambiando el contenido de cenizas volantes de 0 a 50% en peso en cada uno de los tres materiales polimricos Se evaluaron las propiedades mecnicas: resistencia a la traccin, dureza Shore D y absorcin de energa. Los resultados obtenidos indicaron que en todos los casos cuando se agreg ceniza volante, las propiedades mecnicas aumentaron Los compuestos de matriz polimrica tambin se han desarrollado para la produccin comercial en las industrias automotriz, de empaque, electrnica, aeroespacial y equipos de pasatiempo [17]

[17] Extraccin y caracterizacin mecnica de las fibras de bamb (guadua angustifolia) para su uso potencial como refuerzo de materiales compuestos.

En este trabajo se estudiaron las fibras de bamb, con la intencin de conocer su potencial como refuerzo mecnico en materiales compuestos polimricos. Las fibras se extraen del culmo de bamb mediante una digestin qumica alcalina y un proceso Kraft con diferentes concentraciones de licor. Ello se hizo con el propsito de determinar el procedimiento de separacin de fibras de bamb ms eficiente en trminos de grado de lignificacin y de propiedades mecnicas. Posteriormente los haces vasculares extrados con los procesos alcalino y Kraft, se sometieron a ensayos de tensin para determinar su resistencia y rigidez. La caracterizacin de los resultados se hizo a travs de una funcin de densidad de probabilidad lo normal, en lugar de hacerlo con el promedio aritmtico. [18]

[18] Aplicaciones en la industria automotriz de materiales reforzados con fibra natural

El desarrollo de compuestos agrcolas para aplicaciones estructurales, como en la industria del automvil, ha recibido un enorme inters por parte de los investigadores debido a su comportamiento nico. Entre las fibras agrcolas disponibles para mejorar el rendimiento mecnico de los materiales, se han introducido las fibras de kenaf, que se utilizan ampliamente como refuerzo en los compuestos de polmeros mediante la tcnica de hibridacin. Las propiedades hidroflicas e hidrofbicas de las fibras naturales y los polmeros, respectivamente, dan lugar a una dbil interaccin de unin entre las interfaces. [19]

[19] Estudio comparativo de las propiedades mecnicas de la resina polister reforzado con fibra de bamb, como material sustituto de la fibra de vidrio

La industria ha intensificado la produccin de diversos materiales sintticos con la ayuda de nuevas tecnologas y su evolucin tambin ha desarrollado el uso de materiales reforzados con diferentes tipos de fibras, siendo el caso ms comn el de las fibras de vidrio, ya que sus propiedades aumentan la resistencia mecnica al actuar como refuerzo en una matriz polimrica. Como mtodo para reducir el impacto medioambiental, se han utilizado fibras de bamb como sustituto de las fibras de vidrio en una matriz de polister. Cuando se necesitan materiales compuestos muy flexibles, se puede utilizar resina de polister reforzada con fibras de bamb o de vidrio. Del mismo modo, cuando se requiere un material rgido con requisitos de baja resistencia a la traccin, se pueden utilizar fibras de bamb, lo que reduce los costes de la materia prima y permite el uso de materiales biodegradables. [20]

[20] Caracterizacin mecnica de compuestos polister/fibra de guadua y polister/fibra de guadua-vidrio

Este trabajo muestra los resultados experimentales obtenidos de la caracterizacin mecnica de los materiales compuestos de matriz polimrica reforzados con fibra de guadua o fibra de vidrio la matriz polimrica utilizada fue resina polister insaturada. Las fibras de guadua fueron obtenidas de la especie guadua andustifolia kunt por un proceso de desfibrado mecnico y posteriormente fueron sometidas a un tratamiento qumico en hidrxido de sodio. El material compuesto con una fraccin de volumen de fibras constantes fue producido por mtodo manual en forma de lmina a partir de las cuales se obtuvieron probetas normalizadas que a su vez fueron sometidas a ensayos de traccin flexin e impacto Charpy. [21]

[21] Caracterizacin mecnica a flexin de materiales compuestos con matriz fotopolimrica reforzados con fibras de abac y cabuya mediante impresin 3d

La fabricacin de autopartes con la ayuda de los materiales compuestos y la realizacin de autopartes por impresin 3D, son una gran ayuda para lo cual se tiene como propsito determinar los materiales compuestos con elementos de matriz de resina fotopolimrica las cuales son reforzadas con fibras naturales de lo que es abac con cabuya para autopartes mediante la impresin 3D. Este mtodo de fabricacin de autopartes se utiliza en diferentes partes del mundo ya que este mtodo de fabricacin de piezas y autopartes son muy acogidas ya que se caracterizan por tener un peso ligero por sus costos bajos y por las excelentes propiedades ya que tambin se evita en una menor cantidad la reduccin de emisiones contaminantes todo esto nos ayuda a tener un menor peso en el vehculo lo que nos genera el ahorro de combustible, en lo que es la industria automotriz la utilizacin de los materiales compuestos se los puede utilizar en lo que seran las partes internas y externas de los vehculos para lo cual se debe utilizar de forma adecuada las fibras naturales, con la ayuda de la impresin 3D se puede reducir los tiempos de fabricacin y el nivel de complejidad del desarrollo de las piezas fabricadas tambin ayuda con la reduccin de los costos y produccin lo cual ayuda a generar ganancias econmicas. [22]

[22] Caracterizacin magntica de material compuesto con matriz de resina epoxi y llanta en desuso reforzado con magnetita en diferentes proporciones

La produccin y demanda de vehculos en lo que son pases latinoamericanos ha aumentado la presencia de llantas usadas, lo cual ha provocado malestar tanto medio ambiental como en la salud publica producidas por la quema de llantas y el enterrado bajo tierra lo que se produce una gran cantidad de dixido de carbono entre otras sustancias que provocan el cambio climtico y varios problemas de contaminacin, las llantas en desuso se le ha logrado extraer el caucho para ser molido y pulverizado para lo cual se ha hecho el uso de las partculas de caucho de las llantas para la fabricacin de alfombras como aislantes de vehculos y campos de juegos con los materiales fabricados se puede obtener objetos de forma compleja con un buen acabado ante la corrosin ambiental la produccin y caracterizacin magntica del material compuesto con base de resina epoxi y caucho pulverizado con magnetita en polvo, es un proceso para el cual se emplea resina epoxi como una matriz polimrica, la cual necesita la ayuda de un catalizador en una cantidad adecuada con el objetivo de iniciar una reaccin qumica que se obtiene un proceso curado, para lo cual se podr obtener la fabricacin de los compuestos, la mezcla del catalizador y resina es reforzada con materiales tales como caucho pulverizado y magnetita pulverizada, los materiales fabricados se pueden utilizar en lugares donde sea visible [23]

[23] Desarrollo de carrocera aerodinmica para monoplaza elctrico de la escudera ara de la Regional Antioquia en el marco de la formula SENA ECO 2013-2014

En la industria automotriz existen mtodos de mejora para las carroceras y chasis que existen, para ello se busca mejorar a diario en las investigaciones a tal punto de obtener un buen trabajo y desempeo, siendo as como en el presente trabajo presenta el desarrollo de la carrocera de un vehculo monoplaza elctrico diseado bajo condiciones aerodinmicas especificas mediante modelado de elementos finitos y fabricado con materiales compuestos bajo la tcnica de infusin de resina. Se obtuvo una carrocera de bajo peso que le proporciono al vehculo una excelente aerodinmica con lo cual se consigui una excelente eficiencia y rendimiento para la participacin en la competencia formula SENA.

Numricamente, el coeficiente aerodinmico (Cx) de la carrocera empleada (calculado desde el proceso de diseo) fue de 0.37, valor que segn la bibliografa que se emple representa un coeficiente bajo, mejorando as el consumo de energa por la menor resistencia del aire frontal en vehculos elctricos tipo formula. [24]

[24] Diseo y construccin de una carrocera de un vehculo de competencia formula SAE Elctrico

Para la introduccin a la construccin de una carrocera cabe recalcar que el reconocimiento de la necesidad de un diseo es primordial ya que as podemos afirmar que en la aerodinmica de un vehculo no representa cambios en la concepcin de diseos de vehculos, la carrocera y la aerodinmica con la que fue construida en una competencia de frmula es esencial del tonoplasto debido a que est hecha de forma geomtrica del vehculo, adems de la parte esttica, la funcionalidad y la potencia son los puntos ms importantes ya que cada parmetro est enfocado en la seguridad que la misma debe garantizar seguridad al conductor, ya que la carrocera al ser un elemento externo tiene mayor riesgo de sufrir averas se debe tener en cuenta los aspectos del diseo, tanto como criterios mecnicos, eficiencia aerodinmica, criterios de seguridad, etapas de diseo es decir pasos para la construccin y el requerimiento para el diseo. La carrocera se fabric en 2 capas de fibra de vidrio, con lo cual se obtuvo ligereza y resistencia para las pruebas dinmicas la velocidad promedio en pista fue 60 km/h, en trabajos futuros se recomienda trabajar con fibra de carbono para reducir aun mas el peso total del vehculo [25]

[25] Elaboracin de la fibra de cabuya en tejido plano como matriz de refuerzo para la construccin de un retrovisor

Las fibras naturales se han convertido en una excelente alternativa para usos industriales, esto se debe a su fcil accesibilidad en mercado y es una materia prima renovable. El trabajo actual intenta utilizar la cabuya como material de refuerzo de la matriz polister para aplicaciones automotrices a bajo costo y peso. Esta es la caja del espejo de un automvil para el que est construido un molde bsico. El espejo ser aplicado y modelado sobre el molde utilizando fibra de cabuya y resina de polister, la mezcla de octoato de cobalto y perxido de metiletilcetona (MEKP) con fibra natural reduce significativamente el peso; los costes de produccin se reducen en aproximadamente un 40 % gracias a la fcil manipulacin y obtencin del hilo de este material Se recomienda el uso de alambre para aplicaciones automotrices (espejo retrovisor) ya que tiene Reduccin significativa de peso y costo relativamente bajo en comparacin con el componente original. [26]

[26] Caracterizacin mecnica del material compuesto de matriz yeso reforzado con fibras de caa de azcar

El presente trabajo fue realizado tomando en cuenta la caracterizacin mecnica de los materiales compuesto de matriz y eso reforzado con tres diferentes porcientos msicos de fibra de caa de azcar , para generar una fibra hibrida ms ligera y resistente con el objetivo de su posible utilizacin en la fabricacin de elementos en varias industrias entre ellas la automotriz. Los anlisis se desarrollaron a travs de ensayos de resistencia a compresin y flexin, estas son las pruebas mecnicas fundamentales para tener en claro las prestaciones que pude brindar las fibras. La resistencia a traccin fue calculada a partir de los resultados del ensayo a flexin. Con los resultados obtenidos fue posible afirmar que existe una gran aportacin de los porcientos de fibra de caa de azcar en la mejora de las propiedades mecnicas de la fibra del material compuesto, las muestras fueron reforzadas con un 2 % estas fueron las que presentaron las mejores propiedades, y as poder tener en cuenta para sus aplicaciones. Finalmente se realiz la comparacin de los resultados obtenidos y se obtuvieron propiedades similares a otros compuestos vegetales similares. [27]

[27] Estudio comparativo de las propiedades mecnicas de fibras de vidrio y queratina.

Este trabajo estudia el potencial y la utilizacin de fibras naturales de queratina como remplazo de las fibras sintticas tradicionales. Se presenta un estudio comparativo de las caractersticas morfolgicas y mecnicas de fibra de vidrio y queratina detallando los resultados de caracterizacin dimensional morfolgica y queratina detallando los resultados de caracterizacin dimensional morfolgica de densidad y resistencia mecnica de los dos tipos de fibra considerados

Se encontr que las fibras de queratina poseen unas propiedades mecnicas que pueden llegar a ser adecuadas para la utilizacin como material de refuerzo para materiales compuestos, presentando una relacin resistencia y densidad prxima a las que poseen las fibras de vidrio, los materiales compuestos se desarrollan bsicamente adicionando fibras o partculas a una matriz definida que pueden ser metlicas polimricas o cermicas. La denominacin de reforzados con fibras tradicionales se fabrica utilizando fibras de vidrio de carbono o aramida. [28]

[28] Compuestos laminados de matriz polimrica reforzados con fibras naturales: comportamiento mecnico

Esta investigacin de sistematizacin del estado actual del conocimiento aplicado se presenta como varias de ideas, a las que subyace el concepto de naturaleza multi-escalar del comportamiento mecnico de los materiales compuestos. En el transcurso se deja ver el rol de las tcnicas de caracterizacin mecnica y microscpica en la construccin de conocimiento sobre el tema. En cuanto al inters local para promover la utilizacin de PRFN en aplicaciones estructurales, en particular la elaboracin de productos competitivos, los mtodos actuales de anlisis en ingeniera deben vincularse al diseo mecnico como medio de agregacin de valor. Aunque en este documento se dio cuenta de lo relacionado con el diseo del producto, un aspecto esencial que se sugiere sea sistematizado en este mismo sentido es el del proceso de manufactura [29]


En la Figura 2 se puede observar el resultado de la revisin en donde se muestra en porcentajes los materiales compuestos utilizados en base a las publicaciones encontradas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 2. Porcentajes de fibras empleadas en el estudio

A continuacin, en la Tabla 5 se muestran las caractersticas principales de los materiales compuestos encontrados en los estudios

Tabla 5. Caractersticas Materiales Compuestos

Detalle

Componentes

Durabilidad

Beneficios

Fibra de guadua

Las fibras de guadua estn compuestas de microfibrillas cristalinas de celulosa, en conjunto con lignina y hemicelulosa. A causa del solapamiento de las microfibrillas, la estructura se convierte en una especie de malla

Su rigidez le permite a la fibra resistir grandes cargas presentando poca deformacin antes de romperse, lo que la hace potencialmente apropiada para refuerzos estructurales

La guadua es un material natural, con un comportamiento mecnico favorable para el uso estructural. La disposicin de sus fibras, permite que el comportamiento a fuerzas axiales ejercidas en el sentido de las fibras sea muy bueno.

Fibras vegetales

Definimos como fibras vegetales al material de la pared de la clula vegetal compuesta por diversos componentes que resisten la digestin de las enzimas y dems secreciones digestivas de los mamferos.

Los principales componentes de la fibra son:

  Fibra Insoluble

 

  Fibra Soluble

Los cientficos estn descubriendo que las fibras vegetales aaden durabilidad y resistencia a sustancias empleadas tanto en la construccin como en la fabricacin de toda clase de productos, desde juguetes hasta aviones, pasando por coches y muebles.

El uso de fibras vegetales para la construccin de edificios modernos es muy ventajoso, garantizando seguridad, confort, compatibilidad ecolgica y reduccin de costos.

Fibras de bamb

Los principales componentes del bamb son celulosa, hemocelulosa y lignina. Los componentes secundarios del bamb son resinas, cera y sales inorgnicas. El bamb contiene otros componentes orgnicos adems de celulosa y lignina.

Las fibras de bamb tienen una alta resistencia a la rotura y buenas propiedades de absorcin, pero tienen un bajo alargamiento.

Es un material liviano que permite bajarle el peso a la construccin, factor muy importante para construcciones sismo resistentes.

Fibra de vidrio

La fibra de vidrio se genera debido a la conjuncin de ciertos hilos de vidrio muy diminutos, mismos que al entrelazarse van generando una malla, un patrn o una trama.

Se compone principalmente de silicona, del xido del almina y del boro y del xido de magnesio, del xido de calcio, del xido del sodio, del etc.

En cuanto a su durabilidad la lmina de fibra de vidrio cuenta con una vida til de alrededor de 20 aos. Cabe mencionar que se puede componer por uno o ms elementos como resinas acrlicas, polister y polietileno que pueden conservarla por ms tiempo.

La fibra de vidrio es un material muy verstil. Se puede incluir en prcticamente cualquier estructura confirindole una larga vida til. Incrementa la seguridad de las estructuras, reforzndolas y previniendo incendios.

Cenizas volantes

Las cenizas volantes se componen generalmente de partculas esfricas, algunas de las cuales pueden ser como vidrio y de partculas de forma irregular de combustible no quemado o carbono

Es ms resistente al cido y al fuego, y ha demostrado una mayor resistencia a la compresin y la traccin.

Normalmente considerado un producto de desecho, las cenizas volantes se ha demostrado que es extremadamente beneficioso para mejorar el rendimiento del hormign, en los Estados frescos y endurecidos.

Bagazo de baja densidad

Es un material fibroso, heterogneo en cuanto a su composicin granulomtrica y estructural, que presenta relativamente baja densidad y un alto contenido de humedad, en las condiciones en que se obtiene del proceso de molienda de la caa.

Resiste lquidos y altas temperaturas

Este material es de baja densidad porque tienen una gran transparencia y flexibilidad. Son perfectas para albergar artculos slidos o pulverulentos, adems, pueden mantener alimentos.

Fibras de banano de la corteza

Fibra obtenida del raquis y tallo de las plantas de banano mediante procesos de presin sin el uso de qumicos.

Es naturalmente resistente al agua, la fibra de banano es tambin muy resistente al fuego, resistente al desgarro y reciclable.

Extraccin de fibra presentan ventajas como: gran resistencia mecnica, flotabilidad, resistencia al dao por agua salada y el largo.

 

2.  CONCLUSIONES

Se ha realizado una revisin amplia de que ocurre con los diferentitos materiales compuestos en fibra que se deben usar una variedad de materiales y brindar informacin a la comunidad acadmica. Se destacan los siguientes aspectos:

La fibra puede ser utilizas con materiales renovables, con estos materiales se puede brindar calidad en los trabajos realizados y reducir efectos que ocasionan dao al medio ambiente no ha sido una tarea nada fcil para los investigadores, a pesar que obtuvieron mucho xito en sus diferentes experimentos en realizar fibra con materiales compuestos como son Fibras vegetales, Fibras de bamb, Fibra de vidrio, Cenizas volantes, Bagazo de baja densidad, Fibras de banano de la corteza.

Se determin las cantidades optimas de resina y polister, fibra de vidrio, fibra de caa guadua mediante un proceso experimental combinado con diferentes cantidades de estos componentes tomando en cuenta su peso, acabados su resistencia, su consistencia y a la vez tratando que estos sean amigables con el ecosistema.

En los diferentes componentes reforzados de los materiales compuestos en estudio concluimos que la fibra de vidrio es uno de los materiales ms rgido y reforzado ya que estn constituidos por diferentes capas y etapas de su construccin pudiendo deducir su elasticidad la cual supera el 17.43%

Los composites analizados se determinaron que son ms rgidos y ms resistentes a cargas, entre ms cantidad de fibra se coloque en su composicin. A su vez son ms frgiles ya que entre ms fibras contenga se hace muy resistente a una deformacin para poder determinar la diferencia de valores entre la carga ltima es 9.75% entre composite reforzado con el 20% y el 15% de fibra de caa guadua, y del 13.24% entre el composite reforzado con 20% y 10% de fibra con estas cantidades podemos concluir que el composite ms resistente es el reforzado con una fraccin volumtrica del 20% de fibra de caa guadua.

 

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